量子通信的奧秘-全文預(yù)覽
【正文】 絡(luò)示范工程，為量子通信的大規(guī)模應(yīng)用積累工程經(jīng)驗(yàn)。這一成果在同類產(chǎn)品中位居國(guó)際先進(jìn)水平，標(biāo)志著中國(guó)在城域量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求。2003年,韓國(guó)、中國(guó)、加拿大等國(guó)學(xué)者提出了誘騙態(tài)量子密碼理論方案,徹底解決了真實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下量子通信的安全速率隨距離增加而嚴(yán)重下降的問題。量子通信走進(jìn)日常生活——中科大建成世界首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò) 量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對(duì)安全特性，不但在國(guó)家安全、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值和前景，而且逐漸走進(jìn)人們的日常生活。為證實(shí)地面能觀測(cè)到從軌道衛(wèi)星上發(fā)送回來的光子，此研究小組從意大利馬泰拉（Matera）激光測(cè)距天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡向阿吉沙（Ajisai）人造衛(wèi)星發(fā)射出一束普通的激光。2007年6月，一個(gè)由奧地利、英國(guó)、德國(guó)研究人員組成的小組在量子通信研究中通過創(chuàng)下了通信距離達(dá)144公里的最遠(yuǎn)紀(jì)錄。太空中的量子通信2008年，在《新物理學(xué)》（New Journal of Physics）雜志上，一支意大利和奧地利科學(xué)家小組宣布，他們首次識(shí)別出從地球上空1500公里處的人造衛(wèi)星上反彈回地球的單批光子，實(shí)現(xiàn)了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。然而，由于實(shí)際物理設(shè)備的固有缺陷（如通信光纖傳輸損耗、探測(cè)器固有暗計(jì)數(shù)、單光子源的尚未實(shí)用化等），給實(shí)際系統(tǒng)中的量子密鑰生成率和最大安全傳輸距離帶來了局限。2003年，Hwang提出了基于誘騙態(tài)的量子密鑰分發(fā)的思想，利用強(qiáng)度不同的弱相干態(tài)光源抵抗分束攻擊。BB84量子密碼的方案在已經(jīng)被證明是非常成功的，即便以后的量子計(jì)算機(jī)，或更高級(jí)的儀器都無法破解。他建議使用量子信息建立一種無法復(fù)制的量子貨幣，并寫了一篇文章，投到一個(gè)雜志，那個(gè)雜志的編輯認(rèn)為這個(gè)年輕人簡(jiǎn)直就是胡思亂想，于是把稿子退了回去。一個(gè)量子物質(zhì)的傳送過程就像光在光纖里傳輸過程一樣，如果一個(gè)偷聽者想在某一個(gè)地方偷聽信息，或者將該信息內(nèi)容復(fù)制下來，這就是一種測(cè)量行為，這種測(cè)量對(duì)量子體系來說意味著對(duì)整個(gè)體系的破壞，其結(jié)果是被測(cè)量的信息將全部消失。如果一枚旋轉(zhuǎn)著的硬幣是量子世界中一個(gè)物體，一旦你要復(fù)制它，勢(shì)必要對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，這種外來的行為就會(huì)改變它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中傳輸?shù)闹皇潜磉_(dá)量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。1993年，在貝內(nèi)特提出量子通信概念以后，6位來自不同國(guó)家的科學(xué)家，基于量子糾纏理論，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳送的方案，即將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處，這就是量子通信最初的基本方案。量子糾纏證實(shí)了愛因斯坦的幽靈——超距作用（spooky action in a distance）的存在，它證實(shí)了任何兩種物質(zhì)之間，不管距離多遠(yuǎn)，都有可能相互影響，不受四維時(shí)空的約束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深層次的內(nèi)在聯(lián)系。愛斯派克特（Alain Aspect）和他的小組成功地完成了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了微觀粒子“量子糾纏”（quantum entanglement）的現(xiàn)象確實(shí)存在，這一結(jié)論對(duì)西方科學(xué)的主流世界觀產(chǎn)生了重大的沖擊。量子通信具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，是目前國(guó)際量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現(xiàn)象的存在，但卻不愿意接受它，并斥之為“幽靈般的超距作用（spooky action at a distance）” 。然而，他們對(duì)于這個(gè)理論的含義卻一直爭(zhēng)論不休。他拿起來看了看，臉上露出孩子般頑皮的微笑——這回他終于可以戰(zhàn)勝老對(duì)手玻爾了。2009年9月，中國(guó)科技大學(xué)教授潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)建成了世界上首個(gè)5節(jié)點(diǎn)的全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語音量子保密通信，這一成果標(biāo)志著中國(guó)在城域量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求，走在了國(guó)際前列。尤其是20世紀(jì)二、三十年代，愛因斯坦和玻爾之間的“物理學(xué)靈魂的論戰(zhàn)”引發(fā)了無數(shù)科學(xué)家對(duì)“量子糾纏”現(xiàn)象的研究，從而點(diǎn)燃了量子通信的星星之火。辦公桌上放著他和助手波多爾斯基、羅森一起剛剛發(fā)表在《物理評(píng)論》上的論文。’愛因斯坦和玻爾是20世紀(jì)兩位最偉大的物理學(xué)家，他們都為量子理論的建立做出了奠基性的貢獻(xiàn)。 在量子力學(xué)中，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子發(fā)生變化就能立即影響到另外一個(gè)粒子，即兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子無論相距多遠(yuǎn)，都能“感知”和影響對(duì)方的狀態(tài)，這就是量子糾纏。量子通信——以實(shí)驗(yàn)駁倒愛因斯坦所謂量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。1982年，法國(guó)物理學(xué)家艾倫量子通信概念的提出，使愛因斯坦的“幽靈（Spooky）” ——量子糾纏效益開始真正發(fā)揮其真正的威力。這是國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)上成功地將一個(gè)量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。跟蹤量子密碼在普朗克提出的量子理論中，量子的不可復(fù)制性是一項(xiàng)基本定律。所以，利用量子的這一特性制作的密碼，從理論上講是一種最為安全的密碼。二十世紀(jì)70年代，在量子通信概念提出以前，當(dāng)時(shí)美國(guó)的偽鈔特別猖狂，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)有一個(gè)年輕的學(xué)者，提出了電子貨幣的概念。這便是量子密碼的起源。2002年，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的研究組在 67千米的光纖中實(shí)現(xiàn)了單光子密碼通信；但是由于目前還沒有完美的單光子
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